[发明专利]一种Bi2SeO2基热电材料的燃烧合成方法及其助燃剂

说明书

本发明公开了一种Bi₂SeO₂基热电材料的燃烧合成方法及其助燃剂，它以Bi、Se、Bi₂O₃为原料，采用PbO化合物作为助燃剂促进发生燃烧合成反应，制备得到Bi_2(1‑x)Pb_2xSeO₂热电材料。本发明具有制备时间超短、工艺简单、对设备要求低、节能环保、适合规模化生产等优点，为Bi₂SeO₂基热电材料的规模化制备和大规模应用奠定了良好的基础。

技术领域

本发明属于热电材料制备技术领域，具体涉及一种Bi₂SeO₂基热电材料的燃烧合成方法及其助燃剂。

背景技术

由于能源短缺和环境污染的日益严峻，研究并开发新能源材料和新能源转化技术成为目前国际上广泛关注的热点。热电材料是一种环境友好的新能源材料，在热电发电和热电制冷技术中具有广泛的商业化应用前景。热电材料的转换效率由无量纲热电优值ZT(ZT＝α²σT/κ其中α为Seebeck系数、σ为电导率、κ为热导率、T为绝对温度)决定，ZT越大，材料的热电转换效率越高。

Bi₂SeO₂化合物是近年来开发出的具有优异热电性能的n型热电材料，由于其具有与热电性能最优异的p型氧化物热电材料BiCuSeO基化合物配对使用的潜力，因此备受研究者的关注。Bi₂SeO₂化合物晶体结构属于四方晶系，(BiO)n沿c轴堆叠，Se占据层间位置。这样一种超晶格结构，使得其具有极低的热导率，在800K时低至0.7-0.75W.m^-1K^-1。同时具有中等的电导率，高的Seebeck系数，使得其具有优异的热电性能，在773K时，ZT_max＝0.12。不仅热电性能优越，其作为硒氧化物，具有良好的高温热稳定性及化学稳定性，这为其长期服役提供了保证。

目前，制备Bi₂SeO₂化合物主要是采用长时间固相反应法，制备周期较长，所需温度较高，耗时耗能，对设备要求较高且依赖程度高，规模化制备成本高，大大的限制了其规模化应用的领域和范围。因此，发展新的低成本超快速制备技术是Bi₂SeO₂基热电材料商业化应用面临的主要课题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提供一种Bi₂SeO₂基热电材料的燃烧合成方法及其助燃剂，涉及的工艺简单，制备过程超快速，对设备要求低，适宜规模化生产。

为解决上述提出的问题，本发明采用的技术方案为：

一种燃烧合成Bi₂SeO₂基热电材料的助燃剂，该助燃剂为PbO化合物。

一种Bi₂SeO₂基热电材料的燃烧合成方法，它以Bi、Se、Bi₂O₃为原料，采用PbO化合物作为助燃剂促进发生燃烧合成反应，制得所述的Bi₂SeO₂基热电材料。

按上述方案，所述原料Bi、Se、Bi₂O₃、PbO之间的摩尔比为(2-2x):3:(2-2x):6x，其中x 为0.02～0.1。

按上述方案，所述燃烧合成反应的方法为：将Bi、Se、Bi₂O₃、PbO混合均匀作为反应物，在真空或惰性气氛下，采用一端点火的方式引发自蔓延燃烧合成反应或在500～900℃条件下热爆2～3min，冷却得所述的Bi₂SeO₂基热电材料。